Лекция за 9 неделю на тему: «Оборудование пользователя (ue)». Ответственная Просвиркина а. В.

Оборудование пользователя (UE)

Оборудование пользователя (UE) является эквивалентом мобильной станции (MS) в GSM, т.е. это терминал, с помощью которого пользователь получает доступ к сети. UE состоит из оборудования подвижной связи (терминала) и универсального модуля идентификации обслуживания (USIM). Оборудование подвижной связи идентифицируется уникальным образом с помощью IMEI. Для того чтобы разрешить дополнительную модернизацию, оконечное оборудование должно иметь интерфейс прикладного программирования (API). USIM обеспечивает персональную мобильность, предоставляя пользователю доступ к услугам, на которые абонент подписан. В отличие от SIM-карты в GSM карта USIM может поддерживать набор профилей. Каждый профиль будет иметь конкретную цель. Он может использоваться для регулирования доступных услуг в зависимости от возможностей терминала, в котором установлена карта USIM. И пользователь, и сеть могут регулировать профили.

Элементы базовой сети

Рис. 8 Архитектура сети UMTS

Базовая сеть (CN) логически разделяется на домен CS и домен PS. Кроме того, используется набор баз данных (регистров - "Registers") для сохранения информации, необходимой системе.

Элементы базовой сети - домен коммутации каналов (CS)

Рис. 9 Элементы базовой сети - домен CS

Обслуживающий узел поддержки GPRS (SGSN)

SGSN действует как пакетный коммутатор и маршрутизатор в домене PS базовой сети. SGSN управляет доступом мобильной станции к сети и маршрутизирует пакеты в правильный BSC/RNC. Он выполняет функции управления мобильностью (MM), как это делает MSC в домене CS базовой сети, такие как регистрация местоположения, корректировки зоны маршрутизации (RAU) и пейджинг. SGSN также обрабатывает функции обеспечения секретности, такие как аутентификация и шифрование (между MS/UE и SGSN).

 Шлюзовой узел поддержки GPRS (GGSN)

GGSN действует как пакетный маршрутизатор в домене PS базовой сети и является шлюзом между маршрутизацией пакетов IP в сети подвижной связи GPRS/UMTS и маршрутизацией пакетов IP в стационарных сетях Интернета. Он выполняет перенос пакетов между сетями IP-мультимедиа и соответствующим SGSN, который в текущий момент обслуживает MS/UE. Если MS меняет SGSN в течение режима готовности, GGSN используется в качестве буфера пакетов данных. GGSN сохраняет данные абонента для активных MS/UE и выполняет функции обеспечения секретности, такие как система защиты доступа и фильтрация.

Подсистема IP-мультимедиа (IMS)

Рис. 13 Подсистема IP-мультимедиа

 IMS включает все элементы CN для обеспечения мультимедийных услуг. Услуги IP-мультимедиа (IM) базируются на возможности управления сеансом, определенной Рабочей группой инженерных проблем Интернета (IETF). Услуги IM вместе с мультимедийными носителями используют домен PS - возможно включая эквивалентный набор услуг в соответствующем подмножестве услуг CS.

Подсистема IMS должна обеспечить для пользователей радиосвязи конвергенцию и доступ к различным технологиям: телефония, видео, передача сообщений, передача данных и технологии на базе web, а также объединить развитие Интернета с развитием подвижной связи.

Функциональные элементы IMS.

• CSCF, который играет три роли:

  • Полномочный (Proxy)-CSCF (P-CSCF) - это первая контактная точка для UE в пределах IMS. Функция управления стратегией (PCF) является логическим элементом P-CSCF

  • Опрашивающий CSCF (I-CSCF) - это контактная точка в пределах сети оператора для всех соединений IMS, предназначенных пользователю этого конкретного сетевого оператора

  • Обслуживающий CSCF (S-CSCF) выполняет услуги управления сеансом для UE

• Функция управления шлюзом среды (MGCF) выполняет преобразование протоколов между ISUP (подсистема пользователей ISDN) и протоколами управления соединениями IMS (например, преобразование ISUP/SIP (протокол инициирования сеанса))

• Функция множества ресурсов (MFR) выполняет функции коллективных соединений и проведения мультимедийных конференций

• Шлюз среды IP-мультимедиа (IM-MGW) завершает каналы-носители из сети с коммутацией каналов и потоки мультимедиа из сети с коммутацией пакетов. Шлюз IM-MGW может поддерживать преобразование среды, управление носителем и обработку загрузки (например, кодек, эхо-компенсатор, мост конференц-связи)

Проблемы, возникающие при передаче радиосигналов

Основные проблемы, возникающие при передаче сигналов по радио интерфейсу:

 Затухание сигнала

 Теневые зоны

 Многолучевое распространение сигналов

 Замирания сигнала

 Временные задержки

Проблемой еще также становится то, что в системах сотовой связи передается трафик реального времени (голос), который не допускает длительных задержек.

Теневые зоны

При распространении сигнала от базовой станции (BTS) сотовой связи он встречает на своем пути различные препятствия искусственного и естественного происхождения. В зависимости от размеров преграды возможны несколько вариантов: сигнал, возможно, просто будет огибать препятствие, либо за встретившимся объектом образуется так называемая теменная зона с очень низким уровнем сигнала, либо сигнал будет отсутствовать вовсе.

Существует достаточно много решений данной проблемы. Во-первых, для закрытия обширных теменных зон с большим числом потенциальных абонентов в данной зоне может быть, установлена дополнительная базовая станция. При этом она может быть в конфигурации с малой емкостью. Если речь идет о малонаселенной теменной зоне, то наиболее разумным решением будет установка репитера (переизлучателя). Принцип его работы заключается в том, что репитер забирает емкость какой-либо другой базовой станции и излучает сигнал сотовой связи в заданной местности.

Многолучевое распространение сигналов

Радиосигнал, на пути распространения от источника к приемнику может встречать какие-либо преграды. При этом сигнал может быть поглощен ими либо отражен. После чего этот сигнал снова может быть отражен в сторону получателя. В этом случае данный сигнал достигнет приемника, однако произойдет это с опозданием. С другой стороны остальная энергия сигнала может достичь приемник без переотражения за более короткое время или пройти большее число отражений что в свою очередь приведет к еще большим задержкам. Данный эффект возникает, когда между источником и приемником возникают несколько путей доставки сигнала. При этом энергия сигнала будет распределена между копиями сигнала неравномерно, что в итоге может привести к ситуации, когда приемник не сможет получить достаточно энергии хотя бы в одной из копий для однозначного приема сигнала.

Многолучевое распространение радиосигнала

При многолучевом распространении сигнала приемник получает сразу несколько копий сигнала. Сравнив эти копии между собой можно выявить и даже исправить ошибки возникшие при распространении сигнала. Данный принцип положен в основу работы Rake-приемника в мобильном оборудовании (UE) сети сотовой связи стандарта UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Rake-приемник представляет собой по сути несколько приемников в одном. Каждый из данных приемников настраивается на свой луч, определяет временное смещение от остальных копий. Затем энергия от данных приемников сравнивается и складывается. Таким образом, для Rake-приемника лучшей обстановкой является именно многолучевое распространение сигнала, а не беспрепятственное.

В технологии MIMO (Multiple Input Multiple Output) многолучевое распространение – это необходимый элемент работы приемопередатчиков. Принцип данной технологии основан на том, что информационный поток от одного источника делится между несколькими приемопередатчиками. На приемной стороне также существует набор из такого же числа приемопередатчиков. Таким образом, организуются не один, а много каналов связи и для них желательно, чтобы были различные пути прохождения сигнала. Практические испытания показали, что чем меньше препятствий между приемопередатчиками MIMO, тем ниже суммарная скорость передачи данных в тоге достигается. Эта технология получила распространение в сетяхUMTS (Rel.7) и LTE (Long Term Evolution).

Контрольные вопросы:

1. Отличие SIM-карты от карты USIM в GSM?

2. Проблемы, возникающие при передаче радиосигнала?

3. Принцип работы репитера?

4. Что происходит с сигналом при многолучевом распространении сигнала?

5. Что представляет собой Rake – приемник?